9.4 跨学科实践：制作简易活塞式抽水机（课前预习）2025-2026学年物理人教版八年级下册

该初中物理导学案聚焦第九章压强第4节跨学科实践，围绕简易活塞式抽水机展开，引导学生掌握部件名称、气压变化与单向阀原理，通过课前微课视频和问题链（如吸管吸饮料、压水井分析）连接固体、液体及大气压强知识，构建第九章知识综合应用的学习支架。 资料以问题链驱动预习，结合“橡皮膜模拟”“纸条阀门”等简易实验突破单向阀动态工作难点，典例精析与A、B组分层练习强化物理观念，知识网络（文字版思维导图）和拓展延伸（联系台风、手压井故障）培养科学思维与探究能力，教学踩坑记录助力教师规避实践常见问题，提升教学效率。

新授课导学案：2025-2026学年初中物理人教版八年级下册第九章 压强 第4节 跨学科实践：制作简易活塞式抽水机（课前预习） 【学习导航】 一、我能做到 1. 说出活塞式抽水机主要部件的名称及作用，并能用草图示意两个单向阀的安装方向。 2. 判断活塞上提和下压过程中筒内气压的变化，准确描述阀门开闭与水流方向。 3. 用大气压强的知识解释抽水机"引水"的必要性，并估算理想情况下能提升的水柱高度。 4. 观看微课视频（课前推送至班级平台）后，完成【知识建构】中的问题链，标记2处以上困惑带到课堂。 二、本节地位 本实践项目综合了固体压强、液体压强与大气压强知识，是第九章的压轴应用。制作简易活塞式抽水机，不止是动手，更要读懂阀门的"单向逻辑"——这恰是平时测试中失分最密集的环节。 【知识建构】 问题链驱动——请你带着这些问题阅读教材第XX页，并回看微课视频片段。 1. 把吸管插入饮料盒，嘴一吸饮料就上来了。如果吸管壁有个小孔，还能吸上来吗？这个现象说明饮料是被"吸"上来的，还是被大气"压"上来的？ 2. 如图是农村常见的压水井，手柄带动活塞杆上下运动。上提手柄时，你觉得筒内的容积变大了还是变小了？筒内气压如何变化？ 3. 结合上题，若筒底有一个只能向上开的活门（进水阀），活塞上也有一个只能向上开的活门（出水阀），上提活塞时哪个活门会打开？水从哪里流向哪里？ 4. 同样这套装置，下压活塞时，两个活门又各处于什么状态？为什么出水阀不会把水压回井底？ 5. 刚压水时常常要先倒入一瓢"引水"，否则压不出水。引水到底起什么作用？用大气压强公式和密封性道理说说看。 6. 如果把压水井的活塞做得完全不漏气，理论上它能从多深的井里提水？（提示：一个标准大气压约支持10.3m水柱） 学生在第3题、第4题上容易混淆阀门开闭方向，上次跨学科实践评测中约有43%的学生把出水阀方向画反。解决问题的方法不是死记，而是用"橡皮膜模拟"小实验：撕一块气球皮盖住塑料管一端，从另一端吹气或吸气，感受单向通气的机制。若课时紧张，第5问和第6问可以留到课堂制作任务完成后集中讨论。 【重点】 活塞上提过程的气压变化与水流入泵壳的因果关系。学生最常出现的问题是：把水进入泵壳归因于"活塞把水吸上来"，忽略了外界大气压的作用。实际上，上提活塞时泵壳内体积增大、气压减小，井水是在外界大气压的驱动下推开进水阀涌进泵壳的。这里必须用受力分析的语言说清楚：泵壳内气压低于外界大气压，作用在水面上的大气压就把水压进泵壳。另一个多发错误是认为"出水阀在活塞上提时打开"，实质上活塞上提时出水阀受压差作用是关闭的，只有下压时才能顶开。 【难点】 两个单向阀协同工作的动态过程。突破方法：组织一次5分钟的"纸条阀门"模拟操作。每组发两张硬纸条、两个透明杯和一根吸管。用纸条盖住容器小孔模拟单向阀，用吸管抽推水，观察两张纸条交替开闭。学生边操作边用箭头标出水与空气的流向。这个活动不需要复杂材料，课前布置小组长准备即可。通过肉眼观察纸条掀动，再结合抽水机动画慢放对比，能把抽象逻辑固化为形象记忆。 【教学踩坑记录】 去年制作抽水机时，近三分之一的小组失败的原因是活塞与筒壁密封不严。这次预习中特别强调"密封圈"的选材——用浸湿的布条或橡胶手套剪成的皮圈比普通胶带可靠得多。此外提醒学生准备材料时，瓶盖打孔务请在家长协助下完成，避免划伤。 【典例精析】 例题1 如图是简易活塞式抽水机模型，圆筒底部和活塞上各有一个单向阀，阀门只允许水向上流动。用力F向下压活塞时，下列说法正确的是（　　） A. 底部阀门打开，活塞上阀门关闭 B. 底部阀门关闭，活塞上阀门打开 C. 两阀门均打开 D. 两阀门均关闭 【答案】 B 【解析】 下压活塞，活塞下方水的体积被压缩，压强增大，大于外界大气压。由于水只能向上流，底部进水阀被压闭；活塞上阀门受到向上的水流压力，克服重力打开，水进入活塞上方空间。故选B。 例题2 一标准大气压约为1.0×10⁵ Pa，水的密度取1.0×10³ kg/m³，g取10 N/kg。若活塞式抽水机活塞与井水面的最大高度差为h。 （1）不计摩擦与漏气，理论上h的最大值是多少？ （2）实际上抽水机往往在h约8 m时工作就不顺畅了，说出两个可能导致此现象的原因。 【答案与解析】 （1）由 p₀ = ρgh 得 h = p₀/(ρg) = 1.0×10⁵ / (1.0×10³×10) = 10 m。所以最大理论高度为10 m。 （2）可能原因：活塞与筒壁间有漏气，导致泵壳内气压下降不足；阀门关闭不严，有水倒流；井水面与泵壳之间的管路存在空气，无法形成足够的负压。（答出两点即可） 方法提炼：涉及抽水机高度的计算，核心是大气压能支持的水柱高度。注意区分"活塞行程"与"扬程"，本课中最大的h指井水面到泵壳底部的高度，而非出水口高度。 【学以致用】 A组练习（基础巩固） 1. 活塞式抽水机工作时，主要是利用__把水从低处压到高处。上提活塞时，活塞下方空间增大，气压__，水在__的作用下推开__阀进入泵壳。 2. 判断题（正确打"√"，错误打"×"） （1）抽水机使用前必须先灌引水，目的是排出泵壳内的空气。（　　） （2）只要活塞能运动，抽水机就能一直出水。（　　） （3）下压活塞时，活塞上方的水从出水管流出是重力作用的缘故。（　　） 3. 画图题：在印有简易抽水机结构的作业纸上，用箭头标出上提活塞时水流的路径，并圈出处于打开状态的阀门。 B组练习（能力提升） 4. 用打气筒给自行车轮胎打气，打气筒工作时与活塞式抽水机有哪些相似之处？哪些不同之处？请从阀门作用和气体流向两个角度对比说明。 5. 小敏想用输液管、两个玻璃球和塑料瓶制作一个微型抽水机。玻璃球作为单向阀，请你帮她设计进水管和出水管的安装位置，并说明玻璃球被限制在哪个空间内才能实现单向导通。 参考答案与解析： A组 1. 大气压；减小；外界大气压；进水 2.（1）√。引水是为了填充活塞与筒壁间隙，形成密封并排出空气，从而创造出可以降压的空间。（2）×。如果井深超过大气压能支持的高度，或者阀门漏气，即使活塞运动也不能连续出水。（3）×。下压活塞时活塞上方的水是被下方水挤压通过出水阀压出的，不是靠重力。 3. 略（上提时进水阀打开，出水阀关闭，水从井管经进水阀流入泵壳） B组 4. 相似处：都有活塞和单向阀，都是利用气体（抽水机是水）的单向流动来搬运流体。不同处：打气筒是将空气压入轮胎，单向阀仅允许气体出气筒；抽水机是提水，单向阀控制水只能从低处往高处走。气体流向：打气筒活塞下压时出气阀打开，抽水机上提时进水阀打开——正好相反。 5. 如图所示（文字描述）：塑料瓶底部开孔接进水管，瓶口接出水管。瓶内底部放一个玻璃球，盖住进水口；另一个玻璃球放在活塞（可用注射器推杆）的出水口处。两个玻璃球都限制在只能向上移动的小空间内，形成单向通道。 【知识网络】 文字版思维导图（请在空白纸上补全为图形） 中心词：活塞式抽水机 一级分支1：核心部件 活塞、泵筒、进水阀、出水阀、引水口 一级分支2：两个过程 上提活塞——泵内容积↑→气压↓→外界大气压压水推开进水阀→水入泵 下压活塞——进水阀关→泵内水压↑→推开出水阀→水进入活塞上方 一级分支3：关键条件 密封良好、单向阀灵活、井深≤10m、先灌引水 一级分支4：常见故障 压不上水：漏气／阀门卡滞／引水不足／井太深 一级分支5：与生活联系 压水井、打气筒、输液装置的止回阀、心脏瓣膜 【拓展延伸】 1.（4分）台风过境时，有些建筑物的屋顶被掀翻。这一现象与抽水机哪个工作阶段的气压原理类似？请简述理由。 2.（6分）小明家的手压井出水量变小了，他拆开发现活塞上的牛皮垫圈磨损严重。请结合抽水机工作原理，分析牛皮垫圈磨损为什么会导致出水量减少。并设计一个简单实验，在不拆下垫圈的情况下检验活塞气密性。 3.（选做，5分）尝试利用废旧注射器、玻璃弹珠和软管，参照课本图示自制一个简易活塞式抽水机。记录你遇到的最大困难是什么，如何解决的。将操作视频上传至班级实践作品库。 参考答案： 1. 与下压活塞阶段原理相似。下压时泵内水压增大，推开出水阀；台风时屋顶上方空气流速大压强小，屋内气压相对较大，把屋顶向上推起。两者都是气压差造成的作用效果。 2. 牛皮垫圈磨损导致活塞与筒壁密封不严，上提活塞时空气从缝隙进入泵壳内，导致泵内气压不能足够降低，外界大气压无法顺利将井水压入。出水量自然减小。检验气密性实验：将活塞装回筒内，封堵出水口，上提活塞后松手，若活塞能缓慢滑回原位，则密封较好；若迅速滑落，说明漏气严重。 3. 开放式作业，按创新性、功能达成度评价。 学科网（北京）股份有限公司 $